USPTO Patents Application 10687850

(12) NACH DEM VERTRAG UBER DIE INTERNATIONALE ZUSAMIVTENARBEIT AUF DEM GEBIET DES
PATENTWESENS (PCT) VEROFFENTLICHTE INTERNATIONALE ANMELDUNG

(19) Weltorganisation fflrgeistiges Eigentum
Internationales Biiro

(43) Internationales VerSflentlichungsdatum (10) Internationale Veroffentlichungsnummer

25. April 2002 (25.04.2002) pct WO 02/32559 Al

(51) Internationale Patentklassifikation 7 : B01D 71/10,
71/16, 69/12, 69/14

(21) Internationales Aktenzeichen: PCT/EP01/12073

(22) Internationales Anmeldedatum:

18. Oktober2001 (18.10.2001)

(25) Einreichungssprache: Deutsch

(26) Veroffentlichungssprache: Deutsch

(30) Angaben zur Prioritfit:

100 52 066.9 19. Oktober 2000 (19.10.2000) DE

(71) Anmelder (fur alle Bestimmungsstaaten mit Ausnahme
von US): INVERNESS MEDICAL LIMITED [GB/GB];
Beechwood Business Park, Inverness JV2 3ED (GB).

(72) Erfinder; uod

(75) Erfinder/Anmelder (nur fur US): STIENE, Matthias
[DE/GB]; 66 Crown Drive, Inverness IV2 3QG (GB). VON
TIEDEMANN, Birgit [DE/GB]; 4 B Argyle Terrace,
Inverness, TV2 3HN (GB). RODERS, Jamie [GB/GB];
30 Stratherrick Road, Lochardil, Inverness IV2 4LL
(GB). MACGREGOR, Lucy [GB/GB]; 92 Miller Street,
Inshes Park, Inverness IV2 3DL (GB). MCALEER, Jerry
[GB/GB]; 52 Nobels Close, Grove (Oxon) OX12 ONR
(GB). MCNEILAGE, Alan [GB/GB]; 31 Firth View
Road, Inverness, IV3 8LZ (GB).

[Fortsetzung auf der nachsten Seiie]

(54) Title: PASTE, WHICH CAN UNDERGO SCREEN PRINTING, FOR PRODUCING A POROUS POLYMER MEMBRANE
FOR A BIOSENSOR

(54) Bezeichnung: SIEBDRUCKFAHIGE PASTE ZUR HERSTELLUNG EINER POROSEN POLYMERMEMBRAN FUR EI-
NEN BIOSENSOR

5)

Z7

(57) Abstract: The invention relates to a paste, which can undergo
screen printing, for producing a porous polymer membrane. Said
paste contains at least one polymer, one or more solvents for the poly-
mer having a boiling point of > 100 °C, one or more non-solvents
for the polymers (pore- forming agents) having a higher boiling point
than that of the solvent(s), and contains a hydrophilic viscosity mod-
ifier.

(57) Zusammenfassung: Siebdruckfahige Paste zur Herstellung ei-
ner poroscn Polymermcmbran, enthaltend weningstens cin Polymc-
res, cin odcr mchrerc Losungsmittel fiir das Polymcrc mit einem Sic-
depunkt von > 100 °C, ein odcr mehrere Nichtlosungsmillcl fur das
Polymere (Porenbildner) mit einem hoheren Seidepunkt als das/die.
Losungsmittel und einen hydrophilen Viskosi tats modi fizierer.

ID

o

3)

2)

WO 02/32559 Al lllllllillllllllllllllllllilllllllllllli

(74) Anwalt: CARPMAELS & RANSFORD; 43 Bloomsbury
Square, London WC1A 2RA (GB).

(81) Bestimmungsstaaten (national): AE, AG, AL, AM, AT,
AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR,
CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, ES, FI, GB, GD, GE,
GH, GM, HR, IIU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ,
LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN,
MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI,
SK, SL, TJ, TM, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU,
ZA, ZW.

(84) Bestimmungsstaaten (regional): ARIPO-Patent (GH,
GM, KE, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZW),
eurasisches Patent (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ,
TM), europaisches Patent (AT, BE, CH, CY, DE, DK,

ES, FT, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE, TR),
OAPI-Patent (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW,
ML, MR, NE, SN, TD, TG).

Verflffentlicht:

— mil internationalem Recherchenbericht

— vor Ablauf der fur Anderungen der Anspruche geltenden
Frist; Verdffentlichung wird wiederholt, falls Anderungen
eintreffen

— insgesamt in elekironischer Form (mit Ausnahme des Kopf-
bogens); aufAntrag vom Internationale n Biiro erhdltlich

Zur Erklarung der Zweibuchstaben-Codes und der anderen
Abkurzungen wird auf die Erkldrungen ("Guidance Notes on
Codes and Abbreviations") am Anfangjeder reguldren Ausgabe
der PCT-Gazette verwiesen.

WO 02/32559

PCTYEP01/12073

Siebdruckfahige Paste zur Herstellung einer
porosen Polymermembran fur einen Biosensor

Die vorliegende Erfindung betrifft eine siebdruckf ahige
Paste zur Herstellung einer por6sen Polymermembran, welche
bei elektrochemischen Sensoren, insbesondere bei elektroche-
mischen Biosensoren, zur integrierten Vorbereitung von insbe-
sondere Vollblutproben verwendet werden kann.

Biosensoren finden bereits in einer Vielzahl diagnosti-
scher Verfahren, beispielsweise bei der Bestimmung der Kon-
zentration verschiedener Faktoren in Kdrperf lussigleiten, wie
dem Blut, Anwendung. Angestrebt werden dabei Sensoren,- die
keine aufwendige Aufarbeitung der (Blut-) Probe erfordern,
sondern bereits durch blofles Auftragen der Korperf lussigkeit
auf einen Teststreifen ein schnelles Ergebnis liefern. Dabei
lSuft eine spezifische biochemische Reaktion ab, wie bei-
spielsweise die enzymatische Umsetzung der zu bestimmenden
Komponente, welche dann einen Elektronentransf er zwischen
verschiedenen Elektroden (Arbeits- und Ref erenzelektroden)
bewirkt, der quantitativ bestimmt werden kann.

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Nachteilig an den meisten bekannten elektrochemischen
Biosensoren ist, dass beim Auftragen des Blutes auf den daftir
vorgesehenen Bereich des Teststreif ens die ablaufende bioche-
mische Reaktion durch andere, im Blut enthaltene Bestandtei-
le, vor allem die roten BlutkSrperchen (Erythrozyten), beein-
flusst wird. So ist beispielsweise bei hohen H&matokritwerten
{= Volumenanteil der Erythrozyten an der gesamten Blutmenge
in Vol.Gew.-%) der mit Hilfe von herkSmmlichen Blutglucose-
sensoren gemessene Glucosewert niedriger als der tatsachliche
Wert. Diese BeeintrSchtigung entsteht dadurch, dass die E-
rythrozyten durch Adsorption an der reaktiven Schicht des
Biosensors die Diffusion der Glucose in diese und zur Elekt-
rode beeinflussen und das Messsignal verringern.

Zur LSsung dieses Problems wurden verschiedene Membranen
vorgeschlagen, die uber der auf den Elektroden angeordneten
Enzyraschicht des Teststreif ens aufgebracht werden, urn die
Erythrozyten von dieser f ernzuhalten.

So beschreibt beispielsweise das US-Patent 5,658,444 ei-
ne Erythrozytenausschlussmembran ftlr einen Sensor, welche aus
einem wasserunl$slichen, hydrophoben Polymeren, einem wasser-
16slichen hydrophilen Polymeren und einem Erythrozyten-
aggregationsagens besteht und durch Aufspruhen auf die Ober-
flache des Teststreif ens hergestellt wird.

Nachteilig bei dieser Membran ist zum einen, dass der
Porendurchmesser der Membran in AbhSngigkeit der Spriihdistanz
und des Auf sprtihdruckes variiert. Auflerdem bedeutet das Auf-
spruhen der Membran bei der Production des Teststreif ens ei-
nen zus&tzlichen, von der Herstellung des tibrigen Teststrei-
fens verschiedenen und deshalb aufwendigen Arbeitsgang, was
den Produktionsvorgang verkompliziert und damit verteuert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine
Paste zur Herstellung einer porosen Membran zur Verftigung zu
stellen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist, indem

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sie wahrend des Herstellungsprozesses des Biosensors durch
ein sich in den Qbrigen Ablauf einfOgendes Verfahren und des-
halb kostengunstig aufgebracht werden kann und eine Membran
mit gleichbleibender Porengr6fle liefert.

Diese Aufgabe wird durch eine Paste fiir eine porose Po-
lymermembran gemSfi Anspruch 1 gelSst. Vorteilhafte Ausgestal-
tungen ergeben sich aus den Anspriichen 2 bis 18*

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren er-
lautert, wobei

Figur 1 schematisch den Aufbau eines Teststreif ens mit
der erfindungsgeiriclften Membran zeigt,

Figur 2 eine rheologische Charakteristik der erfindungs-
gemafcen Paste zeigt,

Figur 3a eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer
Polymermembran mit unzureichend ausgebildeter Porenstruktur
zeigt,

Figur 3b eine elektronenmikroskopische Aufnahme der er-
f indungsgemaften Polymermembran mit gut ausgebildeter Poren-
struktur zeigt,

Figur 4 die Messergebnisse zweier Biosensoren, wobei ei-
ner von ihnen mit einer erf indungsgemafien Membran versehen
ist, bei ansteigenden H&matokritwerten im Vergleich zeigt,

die Figuren 5a bis 5d die klinische Performanz vierer
Blutglucosesensoren im Vergleich zeigen.

In Figur 1 ist der Aufbau eines Teststreif ens mit der
erf indungsgemaften Polymermembran dargestellt. Auf einem Poly-
ester-Tragermaterial 1 befindet sich eine Elektrodenanordnung
2 in Form einer Kohlenstof f schicht, die wiederum teilweise
von einer Isolierung 3 abgedeckt wird. Eine Enzym- und Media-
torschicht 4 ist auf dem Bereich der Elektrodenschicht ange-
ordnet, der von der. Isolierung freigelassen wird. Im Falle
eines Blutglucosesensors enthalt diese Schicht beispielsweise
das Enzym Glucoseoxidase und den Mediator Fe 3+ . Die erfin-

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dungsgemafte Polymermembran 5 ist iiber der Enzym- und Media-
torschicht 4 angeordnet. Das ganze wird durch eine Klebe-
schicht 6 und eine Deckelfolie 7 abgedeckt.

Bei der Massenherstellung von Biosensoren wird fUr das
Aufdrucken der verschiedenen Schichten, wie Elektroden-, Iso-
lier- und Enzymschichten, das Siebdruckverfahren angewendet.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Membran zur Verfiigung,
die mit der gleichen Technik aufgebracht werden kann. Das hat
einerseits den Vorteil, dass ftlr das Aufdrucken der Membran
und damit wahrend des gesamten Herstellungsprozesses des Sen-
sors die gleiche Siebdruckvorrichtung verwendet werden kann,
was bei der Massenproduktion enorme Skonomische Vorteile mit
sich bringt. Zum anderen kann durch das Siebdruckverfahren
reproduzierbar eine Membran gleichmaMger Dicke und Porengrd-
Be hergestellt werden, was mit den anderen Methoden, wie Auf-
spinnen, Eintauchen oder Aufspriihen nicht gewShrleistet ist.

Damit die zur Herstellung der Polymermembran verwendete
Paste durch Siebdruck aufgebracht werden kann, milssen das o-
der die darin enthaltenen LSsungsmittel fiir das Polymere ei-
nen moglichst hohen Siedepunkt (iiber 100 °C) aufweisen, urn
das vorzeitige Trocknen des Materials in der Druckmaschine zu
vermeiden. Aufterdem enthalt die Paste ein Nichtlosungsmittel
fiir das Polymere, das als Porenbildner fungiert und einen ho-
heren Siedepunkt als das oder die verwendeten Losungsmittel
aufweist .

Zudem muss die Paste eine igeeignete Viskositat (30.000 -
50.000 cpi) besitzen, urn einen gleichm&Mgen Fluss durch das
Sieb wahrend des Aufdruckens zu gewahrleisten. Bevorzugt ver-
ringert sich die Viskositat der Paste bei Einwirkung von
Scherkraften, wie in der rheologischen Charakteristik in- Fi-
gur 2 dargestellt.

Als Polymeres wird in der erf indungsgemafcen Paste bevor-
zugt Zelluloseacetat (50 kDa) verwendet. Es ist bevorzugt mit

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einem Anteil von etwa 8 Gew.-% in der siebdruckfahigen Paste
enthalten. Aufterdem kann als weiteres Polymeres Zellulosenit-
rat mit einem Anteil von bis zu 10 Gew.-% enthalten sein.

Als LGsungsmittel ftir das Polymere konnen beispielsweise
1,4-Dioxan (Siedepunkt 102 °C) • und/oder 4-Hydroxymethyl-
pentanon (Siedepunkt 165 °C) verwendet werden. Eine bevorzug-
te Zusammensetzung .enthSlt 0-20 Gew.-%, bevorzugter 20
Gew.^%, 1,4-Dioxan und 0-70 Gew.-%, bevorzugter 56 Gew.-%,
4-Hydroxymethylpentanon, wobei das 4-Hydroxymethylpentanon
alternativ durch Ethylacetat oder Ethylenglycoldiacetat er-
setzt sein kann.

Es stellte sich heraus, dass als Porenbildner ftir die
siebdruckfahige Membranpaste langkettige Alkohole mit einem
Siedepunkt von > 150 °C geeignet sind; bevorzugt werden n-
Octanol, welches einen Siedepunkt von 196 °C aufweist,
und/oder 2-Methyl-2, 4-pentandiol (MPD), welches einen Siede-
punkt von 197 °C aufweist, verwendet,

Bei Verwendung von 2-Metyl-2, 4-pentandiol (MPD) . als Po-
renbildner ist die Paste etwas toleranter gegenuber dem Ab-
dampfen von Dioxan. Auch bleibt das Zelluloseacetat linger in
L6sung, wodurch sich der Zeitraum verl&ngert, in dem die Pas-
te in druckfahigem Zustand bleibt. Diese verlangerte "Pot-
zeit" ermoglicht die Produktion grofterer Chargen mit gleich-
bleibender Qualitat.

Der Porenbildner sollte mit einem Anteil von 5-20
Gew.-%, bevorzugt 12 - 15 Gew.-%, enthalten sein.

Als Viskositatsmodif izierer werden beispielsweise
hydrophile Kiesel-Xerogele Oder Squivalente "Fumed Silicas",
Bentonite Clay, Natrosol oder Carbon Black verwendet. Sie
sollten mit einem Anteil* von 1 bis 10 Gew.-% der siebdruckfa-
higen Paste zugesetzt werden. Bevorzugt werden hydrophile
Cab-O-Sile (Handelsbezeichnung fur Kiesel-Xerogele, vertrie-
ben durch das Unternehmen Cabot) , wie Cab-O-Sil M5, Cab-O-Sil

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H5, Cab-O-Sil LM150, Cab-O-Sil LM130, mit einem Anteil von 4
Gew.-% verwendet.

Aufterdem k6nnen weitere Zusatzstof f e, wie Tween 20, Tri-
ton X, Silvet 7600 oder 7280, Laurylsulfat (SDS), and'ere De-
tergenzien sowie Polyole, wie Glycerol, oder hydrophile Poly-
mere, wie Polyvinylpyrolidon (PVP) bzw. Vinylpyrolidon-
Vinylacetat-Copolymere (PVP/VA) der erf indungsgemaften Paste
zugesetzt werden.

Der Zusatz eines oder mehrerer dieser Zusatzstoffe ist
nicht obligatorisch fiir die Herstellung der Membran; es zeig-
te sich jedoch, dass sie das Benetzen der Membran verbessern
und die Sensorantwort beschleunigen konnen. Bevorzugt wird
PVP/VA oder PVP mit einem Anteil von 0,1 Gew.-% in der sieb-
druckfShigen Paste verwendet.

Aufterdem kann die Zugabe der Additive Bioterge, Polye-
thylenimin, BSA, Dextran, Dicyclohexylphthalat, Gelatine,
Sucrose und/oder Biuret die Separation von Erythrozyten und
Plasma verbessern.

Zudem ist es moglich, der Zelluloseacetatpaste bereits
Enzym, beispielsweise Glucoseoxidase, zuzusetzen, so dass im
Herstellungsprozess des Biosensors das Aufdrucken der Enzym-
schicht entfallen kann.

Nach dem Aufbringen einer gleichmaMgen Schicht der
Druckpaste auf ein geeignetes Substrat bildet sich die Memb-
ran im Trocknungsprozess. Es bildet sich eine por5se Schicht
und kein geschlossener Film, da die verwendeten Losungsmittel
einen niedrigeren Siedepunkt besitzen als der Porenbildner ;
entsprechend schnell verdampfen die L5sungsmittel und das
Zelluloseacetat-Polymere fallt in dem verbliebenen Film des
Poreribildners aus.

In Verbindung mit einem Biosensor darf in dem Trock-
nungsprozess jedoch nicht eine beliebig hohe Temperatur ver-
wendet werden, da bei zu hohen Temperaturen die verwendeten

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Enzyme / Proteine denaturiert werden. In Verbindung mit einem
Biosensor zur Bestimmung von Glucose im Vollblut wurden mit
einer Trocknungstemperatur von etwa 70 °C die besten Ergeb-
nisse erzielt. Entsprechend sollten die Siedepunkte der ver-
wendeten L6sungsmittel und Porenbildner ausgewShlt werden.

Einen entscheidenden Faktor far die Porenbildung spielt
der verwendete Viskositatsmodif izierer, der zusammen mit dem
Porenbildner ein Gel bildet, um die Polymerstruktur zu stabi-
lisieren. Bei den verwendeten Substanzen entsteht das Gel
durch die Wechselwirkung zwischen den OH-Gruppen des Kiesel-
Xerogels und dem langkettingen Alkohol (z.B. Octanol) . Die
Menge und die Verteilung des Gels, das wahrend des Trock-
nungsprozesses entsteht, entscheidet schliefilich tiber die
Gr5fle und die Form der sich ausbildenden Poren.

Ohne Zugabe eines ViskositStsmodif izierers bildet sich
aus dem LSsungsmittel und dem Porenbildner eine Emulsion, da
der Porenbildner alleine nicht in der Lage ist, das Polymer-
skelett zu stabilisieren. Als Resultat erhcllt man einen wei-
ften, glatten und unstrukturierten Film mit eingeschlossenem
Porenbildner, der keinen lateralen Fliissigkeitstransport er-
laubt. Im Vergleich dazu erhcilt man einen klaren Film, wenn
kein Porenbildner in der Paste verwendet wird.

Bei Verwendung zu geringer Mengen an Viskositatsmodif i-
zierer (< 1 Gew.-%) erh&lt man eine Membran mit nur unzurei-
chend ausgebildeter Porenstruktur, wie sie in Figur 3a wie-
dergegeben ist.

Da die verschiedenen geeigneten Viskositatsmodif izierer
unterschiedliche Oberf l&cheneigenschaften aufweisen, kann der
Viskositatsmodif izierer in Abhangigkeit der gewunschten Memb-
ran oder des gewunschten Biosensors ausgewShlt werden. Bei-
spielsweise wird das Cab-O-Sil H5 bei hoher mechanischer Be-
lastung, z. B. bei langen Druckzeiten oder beim Drucken sehr
diinner Schichten mit hohera Rakeldruck, " zerrieben" . Die Ober-

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flache zeigt dann mikroskopisch scharfe Bruchkanten f die zur
Lysierung der roten Blutzellen ftihren kSnnen.

Ftir einen Blutzuckersensor ist dies eine unerwiinschte
Eigenschaft, da dadurch der Grundstrom des Sensors erh6ht
wird. Andererseits kann dieser Effekt optimiert und das Plas-
ma von Zellen direkt im, Sensor ftir die elektrochemische De-
tektion genutzt werden. Ein praktisches Beispiel ware die Be-
stimmung von Hamoglobin in Erythrozyten. In diesem Fall rea-
giert der Mediator des Biosensors, z. B. Kaliumhexacyanof er-
rat(III), mit der Fe (II) -Gruppe des Hamoglobins, wodurch Ka-
liumhexazyanoferrat (II) erzeugt wird, welches direkt an der
Elektrode des Biosensors bestimmt werden kann. Ein Enzym, wie
im Fall der Glukosebestimmung, ist hier nicht notwendig, da
der Mediator direkt mit dem Hamoglobin reagiert. In der Pra-
xis kann so die Bestimmung des Hamatokritwerts eines Patien-
ten mit ahnlichen Messgeraten wie bei der Blutzuckerkontrolle
durchgefuhrt werden, wodurch sich die zeitaufwendige Verwen-
dung von KapillarrShrchen und Zentrifuge erubrigt.

Das Cab-O-Sil LM 150 besteht aus kleineren Partikeln als
H5, die daher stabiler sind und nicht durch den mechanischen
Stress beim Druckprozess beschadigt werden* Dieser Viskosi-
tatsmodif izierer ist daher ftir die Herstellung einer Membran
fur Blutzuckersensoren bestens geeignet.

Entsprechend der obigen Ausftthrung ist die Differenz der
Siedepunkte zwischen L6sungsmittel und Porenbildner neben der
Stabilisierung des Polymerskeletts durch den Viskositatsmodi-
f izierer von Bedeutung ftir die Ausbildung einer geeigneten
Membran. Hierbei sollte die Differenz etwa 30 °C betragen,
damit im Trocknungsprozess ein Film ausgebildet wird, der ei-
ne ausrerchend hohe Konzentration an Porenbildner enthalt, in
dem das Membranpolymer ausf alien kann. Bei geringeren Siede-
puhktsdif ferenzen beginnt der Porenbildner zu verdampfen, be-
vor ein kritisches Verhaltnis zwischen L5sungsmittel und Po-

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renbildner erreicht wird, welches das Ausfallen des Membran-
polymeren bewirkt.

Nach Aufdrucken der siebdruckf ahigen Paste mit der zu-
vor beschriebenen Zusammensetzung und Verdampfen des Lbsungs-
mittels bildet sich durch Ablagerung der Zelluloseester eine
Meinbran mit einer durchschnittlichen Porengrtffle von 0,1 bis 2
pm, wobei die Porengrdfie durch die verwendete Menge des lang-
kettigen Alkohols beeinflusst werden kann. Eine elektronen-
mikroskopische Aufnahme der Membran ist in Figur 3b wiederge-
geben. Da die Erythrozyten eine durchschnittliche GrSBe von 8
bis 10 ]im aufweisen, werden sie durch die Membran von der En-
zymschicht zurtickgehalten, wahrend das Plasma ungehindert
passieren kann. Zusatzlich tragt die Membran zur mechanischen
Stabilitat der Enzymschicht bei und verhindert, dass sich das
Enzym beim Auftragen der Blutprobe von der Elektrode ablest
und dann nicht mehr f iir die elektrochemische Reaktion zur
Verftigung steht.

In Figur 4 wird anhand einer Messreihe verdeutlicht,
dass bei konstanter Glucosekonzentration der mit einer erfin-
dungsgemaBen Membran versehene Teststreifen im Gegensatz zu
einem Teststreifen ohne Membran bei steigenden Hamatokritwer-
ten gleichbleibende Ergebnisse liefert, wahrend bei dem Test-
streifen ohne Membran die Antwort bei steigender Erythrozy-
tenkonzentration abnimmt. Aufgrund der erhohten Diffusions-
barriere zwischen der Enzymschicht und der Blutprobe ist die
Antwort bei dem Sensor mit Membran insgesamt etwas verrin-
gert .

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele ver-
deutlicht .

Herstellung der Druckpaste:

Entsprechend den in den folgenden Beispielen angegebenen
Mengenverhaltnissen wird eine Mischung aus dem Losungsmittel
(z.B. Hydroxymethylpenanon, Dioxan) und dem Porenbildner

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(z.B. Octanol, MPD) hergestellt, damit eine gleichmaMge Ver-
teilung beider Substanzen gewahrleistet ist. Im nachsten
Schritt werden alle Additive (z.B. PVP/VA) zugefiigt und,
falls erforderlich, mit Hilfe von Ultraschall aufgelfist. An-
schlieJBend wird das Membranpolymer (Zelluloseactat 50 kDa)
ziigig unter das zuvor hergestellte LCsungsmittel gemischt,
bis eine gleichmaMge Suspension entsteht. Diese Suspension
rollt far 48 h in einem verschlossenen BehSlter bis ein kla-
res Gel entsteht, dem der Viskositatsmodif izierer (z. B. Cab-
Q-Sil) zugesetzt werden kann. Die fertige Druckpaste rollt
far weiter 24 h, urn eine gleichmSfUge Verteilung des Viskosi-
tatsmodif izierers zu gewShrleisten .

Beispiel 1

Polymer (e) :

Zelluloseacetat (Mw 30000) 7,5 Gew.-%
Losunqsmittel:

Ethylenglycoldiacetat (Sp 186 °C) 65,5 Gew.-%
Porenbildner :

n-Decanol (Sp 231°C) 25,0 Gew.-%
Vi skosi tat smodif izierer :

Cab-O-Sil M5 2,0 Gew.-%

Beispiel 2

Polymer (e) :

Zelluloseacetat' (Mw 50000) 8, 0 Gew.-%

LSsunqsmittel:

1,4-Dioxan (Sp 102 °C) 35,0 Gew.-%

Ethylacetat (Sp 154 °C) 35,0 Gew.-%

Porenbildner:

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n-Octanol (Sp 196 °C)
Viskositatsmodif izierer :
Cab-O-Sil M5

Beispiel 3

Polymer (e) :

Zelluloseacetat (Mw 50.000)

Losunqsmittel :

1,4-Dioxan (Sp 102 °C)

4-Hydroxymethylpentanon (Sp 165 °C)

Porenbildner:

n-Octanol (Sp 196 °C)

Viskositatsmodif izierer:

Cab-O-Sil M5

Additive:

PVP/VA

Beispiel 4

Polymer (e) :

Zelluloseacetat (Mw 50.000)

Losunqsmittel :

1,4-Dioxan (Sp 102 °C)

4-Hydroxymethylpentanon (Sp 165 °C)

Porenbildner:

2-Methyl-2, 4-pentandiol

Viskos i tat smodif izierer :

PCT/EP01/12073

18 f 0 Gew.-%
4, 0 Gew.-%

8, 0 Gew.-%

20, 0 Gew,-%
56, 0 Gew.-%

12,0 Gew.-%

4,0 Gew.-%

0,1 Gew.-%

7,4 Gew.-%

18. 5 Gew.-%

55. 6 Gew.-%

14,8 Gew.-%

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PCT/EPO 1/12073

Cab-O-Sil M5

3,7 Gew.-%

Additive:

PVP/VA

0,1 Gew.-%

Figur 5 zeigt die klinische Performanz von Blutglucose-
sensoren

a) ohne Polymermembran

b) mit Polymermembran (Zusammensetzung gemSLfl Beispiel 2)

c) mit Polymermembran (Zusammensetzung gem&fi Beispiel 3)

d) mit Polymermembran (Zusammensetzung gemafi Beispiel 4) .

Bei den vergleichenden klinischen Untersuchungen wurden
die Messergebnisse der unterschiedlichen Sensortypen mit den
Messergebnissen der Referenzmethode (YSI Model 2300 Stat
Plus) verglichen und die prozentuale Abweichung Qber die H3-
matokritwerte der einzelnen Blutproben aufgetragen. Im Ideal-
fall ergibt sich eine Messsgerade horizontal zur x-Achse. Die
Steigung dieser Messgeraden, welche in Tabelle 1 wiedergege-
ben ist, gibt Aufschluss iiber die HSmatokritinterf erenz des
verw'endeten Sensorsystems .

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PCT/EP01/12073

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Tabelle 1

Steigung der Mess-
geraden

Steigung in %

Typ 1 (keine Memb-
ran)

-0,8253

100 %

Typ 2 (Membran aus
Beispiel 2)

-0,4681

56 %

Typ 3 (Membran aus
Beispiel 3)

-0, 2946

35 %

Typ 4 (Membran aus
Beispiel 4)

-0,0273

3,3 %

Die Daten lassen eindeutig die tiberlegene Performanz des
Sensorsys terns mit der bevorzugten Membran (Zusammensetzung
gemaft Beispiel 4) erkennen. Diese Verbesserung wird durch die
Separation von Vollblut und Plasma unmittelbar vor der Elekt-
rode erreicht, da sich die Nernstsche Dif fusionsschicht vor
der Elektrode nicht mehr in den Bereich mit Erythrozyten aus-
dehnt und daher auch nicht mehr durch unterschiedliche HSma-
tokritwerte beeinflusst werden kann.

In den folgenden Vergleichsbeispielen werden Druckpasten
beschrieben, bei denen keine geeignete Abstimmung zwischen
dem Porenbildner, den Losungsmitteln und dem Viskositatsmodi-
fizierer besteht.

Vergleichsbeispiel 1

Polymer (e) :

Zelluloseacetat (Mw 50.000) 8,0 Gew.-%

Losunqsmittel:

WO 02/32559

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Ethylenglycoldiacetat (Sp 186 °C)

Porenbildner :

n-Octanol (Sp 196 °C)

Viskositatsmodifizierer ;

Cab-O-Sil M5 (hydrophil)

Additive:

PVP/VA

Vergleichsbeispiel 2

Polymer (e) :

Zelluloseacetat (Mw 50.000)
LQsunqsmittel: .
1,4-Dioxan (Sp 102 °C)
4-Hydroxymethylpentanon (Sp 165 °C)
Porenbildner :
n-Octanol (Sp 196 °C)
Viskositatsmodif izierer :
Cab-O-Sil TS720 (hydrophob)
Additive:
PVP/VA

Vergleichsbeispiel 3

Polymer (e) :.

Zelluloseacetatpropionat (Mw 75.000)

L5sungsmittel:

1,4-Dioxan (Sp 102 °C)

PCT/EP01/12073

76,0 Gew.-%
12,0 Gew.-%
4,0 Gew.-%
0, 1 Gew.-%

8,0 Gew.-%

20,0 Gew.-%
56,0 Gew.-%

12,0 Gew.-%

4,0 Gew.-%

0,1 Gew.-%

8,0 Gew.-%
20,0 Gew.~%

WO 02/32559

PCT/EP01/12073

15

4-Hydroxymethylpentanon (Sp 165 °C) 56,0 Gew.-%

Porenbildner :

n-Octanol (Sp 196 °C) 12,0 Gew.-%

Viskositatsmodif izierer :

Cab-O-Sil M5 (hydrophil) 4,0 Gew.-%

Additive;

PVP/VA 0,1 Gew.-%

In Vergleichsbeispiel 1 wird aufgrund der zu geringen
Differenz der Siedepunkte von in der Druckpaste verwendetem
Losungsmittel (Ethylenglycoldiacetat) und Porenbildner (n-
Octanol) keine porose Membran ausgebildet. Wird hingegen n-
Decanol als Porenbildner verwendet (wie in Beispiel 1 be-
schrieben) erhait man eine por6se Membran nach dem Trock-
nungsprozess, da der Siedepunkt zwischen dem L6sungsmittel
und dem Porenbildner ausreichend grofi ist.

In Vergleichsbeispiel 2 findet aufgrund der Verwendung
von hydrophobem Cab-O-Sil, welches nicht in der Lage ist, mit
den OH-Gruppen des Porenbildners zu reagieren, nur eine unzu-
reichende Gelbildung zwischen dem Porenbildner und dem Visko-
sitstsmodifizierer und somit keine ausreichende Stabilisie-
rung des Polymer skeletts statt . . Dadurch wird die Bildung ei-
ner porosen Membran verhindert.

Auch in Vergleichsbeispiel 3, wo das verwendete Polymere
(Zelluloseacetatpropionat) eine zu hohe L6slichkeit in dem
Porenbildner aufweist, wird keine porose Membran ausgebildet.

WO 02/32559

PCT7EP01/12073

16

Anspriiche

1. Siebdruckf ahige Paste zur Herstellung einer porSsen
Polymermembran, enthaltend wenigstens ein Polymeres, ein oder
mehrere Lttsungsmittel ftir das Polymere mit einem Siedepunkt
von > 100 °C, ein Oder mehrere NichtlSsungsmittel (Porenbild-
ner) ftir das Polymere mit einem hoheren Siedepunkt , als
das/die LSsungsmittel und einen hydrophilen Viskositatsmodi-
fizierer.

2. Siebdruckf ahige Paste gemSft Anspruch 1, dadurch ge-
kennzeichnet, dass die Differenz der Siedepunkte von Losungs-
mittel und Porenbildner wenigstens 30 °C betragt.

3. Siebdruckf ahige Paste gemaft Anspruch 1 oder 2, da-
durch gekennzeichnet, dass die Paste als Polymeres Zellulose-
acetat enthait.

4. Siebdruckfahige Paste nach Anspruch 3, dadurch ge-
kennzeichnet, dass die Paste als LCsungsmittel 1,4-Dioxan
und/oder 4-Hydroxymethylpentanon und/oder Ethylacetat ent-
hait.

5. Siebdruckf ahige Paste nach wenigstens einem der An-
spriiche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste als
Porenbildner einen langkettigen Alkohol enthait.

6. Siebdruckf ahige Paste nach Anspruch 5, dadurch ge-
kennzeichnet, dass die Paste als Porenbildner n-Octanol und
/oder 2-Methyl-2,4-pentandiol enthait.

WO 02/32559

PCT/EP01/12073

17

7. SiebdruckfShige Paste nach Anspruch 6, . dadurch ge-
kennzeichnet, dass n-Octanol und/oder 2-Methyl-2, 4-pentandiol
mit einem Anteil von 5-20 Gew.-% enthalten ist.

8. SiebdruckfShige Paste nach wenigstens einem der vor-
hergehenden Ansprttche, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste
als Viskositatsmodifizierer hydrophiles Kiesel-Xerogel ent-

hait..

i

9. Siebdruckfahige Paste gemafl Anspruch 8, dadurch ge-
kennzeichnet, dass das Kiesel-Xerogel mit einem Anteil von 1
- 10 Gew.-% enthalten ist. .

10. Siebdruckf&hige Paste nach wenigstens einem der vor-
hergehenden Ansprtiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste
auflerdem Vinylpyrolidon-Vinylacetat-Copolymere (PVP/VA)
und/oder Polyvinylpyrolidon (PVP) enthait.

11. Siebdruckfahige Paste nach Anspruch 10, dadurch ge-
kennzeichnet, dass das PVP/VA bzw. PVP mit einem Anteil von
0,1 Gew.-% enthalten ist.

12. Siebdruckfahige Paste nach wenigstens einem der vor-
hergehenden Ansprtiche, dadurch gekennzeichnet, dass die Paste
auflerdem ein oder mehrere Enzyme enthait.

13. Verfahren zur Herstellung einer siebdruckf ahigen
Paste, in dem man

eine Mischung aus einem oder mehreren Losungsmittel (n)
fur ein Polymeres und einem oder mehreren Nichtlosungsmit-
tel(n) f(ir ein Polymeres (Porenbildner) herstellt,

das Polymere bis zum Entstehen einer gleichmaMgen Sus-
pension untermischt,

WO 02/32559

PCT/EP01/12073

18

die Suspension bis zum Entstehen eines klaren Gels
rollt,

einen hydrophilen Viskositatsmodif izierer zugibt und
das ganze bis zur gleichm&Mgen Verteilung des Viskosi-
tStsmodifiziereres rollt.

14. Verwendung der Paste nach wenigstens einem der An-
spriiche 1 bis 12 zur Hers.tellung einer porosen Polymermemb-
ran.

15. Verwendung gemafi Anspruch 14, wobei die Polymeririeinb-
ran in einen Biosensor-Teststreif en eingebracht wird.

16. Verwendung genaafl Anspruch 15, dadurch gekennzeich-
net, dass der Biosensor zur Messung der Blutglucosekonzentra-
tion ausgebildet ist.

17. Verwendung gemSft Anspruch 15, dadurch gekennzeich-
net, dass der Biosensor zur Bestimmung des H&matokritwerts
ausgebildet ist.

18. Por6se Polymermembran, hergestellt aus der sieb-
druckfahigen Paste gemali wenigstens einem der Anspriiche 1 bis
12.

WO 02/32559

PCT/EP01/12073

2/6

Figur 2

2.000

50:00 io6.o ' " 156.6 ' " 206.6 ' ' 256.6 ' ' 306.0 " ' 356.6 " 406.6 ' ' 456.0

Scherrat© (1/s)

WO 02/32559

Best Available Copy

PCT/EPO 1/12073

3/6

Figur 3a

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ril ^sSkU'i' Hw:,rt!;3mm:|

Figur 3b

ERSATZBLATT (REGEL 26)

WO 02/32559

PCT/EP01/12073

WO 02/32559

PCT/EPO 1/12073

Figur 5a

i

E

§

CD

c

•S

5

40

20

-20

-40

33

5/6

y = -0.8253X

HSmatokrit (%)

6J

Figur 5b

40

20

2

6 0 +
I 30

5 -20

I

45 -40

4 ♦

y = -0.4681 x

60

HSmatokrit (%)

WO 02/32559

PCT/EP01/12073

Figur 5c

f

I

40-

20 ■

so

%

<

-20

6/6

-40 .

50

y b -0.2946X

Hamatokrit(%)

6)

Figur 5d

INTERNATIONAL SEARCH REPORT

lnt& anal Application No

PCT/EP 01/12073

A. CLASSIFICATION OF SUBJECT MATTER

IPC 7 B01D71/10 B01D71/16 B01D69/12 B01D69/14

According to International Paten! Classification (IPC) or to both national classification and IPC

B. FIELDS SEARCHED

Minimum documentation searched (classification system followed by classification symbols)

IPC 7 B01D C12Q G01N

Documentation searched other than minimum documentation to the extent that such documents are Included in the fields searched

Electronic data base consulted during the intematlonaj search (name of data base and, where practical, search terms used)

WPI Data, PAJ

C. DOCUMENTS CONSIDERED TO BE RELEVANT

Category 0 Citation of document, with Indication, where appropriate, of the relevant passages

Relevant to claim No.

US 5 658 444 A (MEDISENSE, INC.)
19 August 1997 (1997-08-19)
cited 1n the application
the whole document

US 5 607 566 A (R.B. BROWN ET AL.)
4 March 1997 (1997-03-04)
column 4, line 57 -column 5, line 30;
examples 1-5

US 4 425 263 A (N. NAZARENK0)
10 January 1984 (1984-01-10)
the whole document

1,3,14,
18

1,13,14,
18 .

1-18

□

Further documents are listed In the continuation of box C.

10

Patent famDy members are listed In annex.

9 Special categories of cited documents :

•A* document defining the general state of the art which Is not
considered to be of particular relevance

'E' earlier document but published on or after the international
filing date

"L" document which may throw doubts on priority daim(s)or
which is cited to establish the publication date of another
citation or other special reason (as specified)

"O" document referring to an oral disclosure, use, exhibtUon or
other means

"P" document published prior to the intematlonaj filing date but
later than the priority date claimed

T later document published after the international filing date
or priority date and not in conflict with the application but
cited to understand the principle or theory underlying the
invention

')C document of particular relevance; the claimed invention
cannot be considered novel or cannot be considered to
involve an inventive step when the document is taken alone
■y document of particular relevance; the ctalmed Invention
• • cannot be considered to involve an Inventive step when the
document Is combined with one or more other such docu-
ments, such combination being obvious to a person skilled
In the art

document member of the same patent family

Date of the actual completion of the International search

7 March 2002

Date of mailing of the International search report

14/03/2002

Name and mailing address of the ISA

European Patent Office, P.B. 5818 Patentlaan 2
NL - 2280 HV Rijswijk
TeL (+31-70) 340-2040. Tx. 31 651 epo nl,
Fax (+31-70) 340-3016

Authorized officer

Luethe, H

Foot PCT/1SA/21 0 (second shed) (July 1992)

INTERNATIONAL SEARCH REPORT

Information on patent family members

Inl nal Application No

PCT/EP 01/12073

Patent document
cited in search report

Publication
date

Patent family
member(s)

Publication
date

US 5658444 A 19-08-1997 AU 6685694 A 12-12-1994

CA 2162045 Al 24-11-1994

DE 69411732 Dl 20-08-1998

DE 69411732 T2 25-02-1999

EP 0698206 Al 28-02-1996

W0 9427140 Al 24-11-1994

US 5607566

04-03-1997

US

5102526

A

07-04-1992

AU

678138

B2

22-05-1997

A 1 1

AU

2482592

A

16-03-1993

CA

2115919

Al

04-03-1993

EP

0599975

Al

08-06-1994

OP

7502807

T

23-03-1995

WO

9304359

Al

04-03-1993

us

5417835

A

23-05-1995

A 1 1

AU

645724

B2

20-01-1994

All

AU

7791391

A

27-11-1991

CA

2081915

Al

03-11-1991

EP

0527188

Al

17-02-1993

WO

9117430

Al

14-11-1991

AU

671253

B2

22-08-1996

AU

8081191

A

27-11-1991

EP

0527210

Al

17-02-1993

WO

9117432

Al

14-11-1991

CA

1190735 Al

23-07-1985

DE

3261688 Dl

07-02-1985

DK

248682 A

04-12-1982

EP

0068168 Al

05-01-1983

GR

76440 Al

10-08-1982

IE

53207

Bl

31-08-1988

JP

1303901 C

28-02-1986

JP

58001745 A

07-01-1983

JP

60025055 B

15-06-1985

US 4425263

10-01-1984

Form PCT/ISA/210 (patent family annex) (Jury 1992)

INTERNATIONALER RECHERCHENBERICHT

Intel males Aktenzelchen

PCT/EP 01/12073

A. KLA55IFIZ1ERUNG DES ANM E L DUNGSGEG ENSTAN DES

IPK 7 B01D71/10 B01D71/16 B01D69/12 B01D69/14

Nach der Internatlonalen PatentklasslfikatJon (IPK) oder nach der nallonalen Klassffikation und der IPK

B. RECHERCHIERTE GEBIETE

Recherchlerter Mlndestprfttstoff (Klasslflkatlonssystem und Klassiflkationssymbole )

IPK 7 B01D C12Q 601N

Recherchlerte aber nich! zum MindestprOfstoff gehfirende Veroffentlichungen, sowett dlese unter die recherchierten Gebiete fallen

Wahrend der internallonalen Recherche konsultierte eleklronische Datenbank (Name der Datenbank und evtL vetwendete Suchbegrtffe)

WPI Data, PAJ

C. ALS WESENTUCH ANGESEHENE UNTERLAGEN

Kategorle" Bezelchnung der Veroffentllchung, sowelt erforderflch unter Angabe der In Betracht kommenden Telle

Betr, Anspruch Nr.

US 5 658 444 A (MEDISENSE, INC.)
19. August 1997 (1997-08-19)
in der Anmeldung erwahnt
das ganze Dokument

US 5 607 566 A (R.B. BROWN ET AL.)
4. Marz 1997 (1997-03-04)
Spalte 4, Zeile 57 -Spalte 5, Zelle 30;
Beispfele 1-5

US 4 425 263 A (N. NAZARENK0)
10. Januar 1984 (1984-01-10)
das ganze Dokument

1,3,14,
18

1,13,14,
18

1-18

□

Wettere Verdffentlichungen slnd der Fortsetzung von Feld C zu
entnehmen

0

Siehe Anhang PatentfamHIe

0 Besondere Kalegorien von angegebenen Veroffentlichungen :
'A' Veroffentllchung, die den allgemeinen Stand der Technik deftnlert,
aber nicht als besonders bedeulsam anzusehen 1st

atteres Dokument, dasjedoch erst am oder nach dem Internallonalen
Anmeldedalum veroffentlicht worden ist

'L' Veroffenllichung, die geelgnet ist, elnen Priorttatsanspruch zwelfelhaft er-
scheinen zu lassen, oder durch die das Veroffentllchungsdatum einer
anderen im Recherchenbericht genannten Veroffentllchung belegt werden
soil oder die aus elnem anderen besonderen Grund.angegeben 1st (wle
ausgefOhrt)

'O" Veroffenllichung, die slch auf elne mQndllche Offenbarung,

eine Benutzung, elne Ausstellung Oder andere MaBnahmen bezleht

V Veroffenllichung, die vor dem tntemalionaten Anmeldedalum, aber nach
dem beanspruchten Priorflatsdaturo verdffentHcht worden 1st

"V Spatere Veroffenllichung, die nach dem Internallonalen Anmeldedalum
oder dem Priorilalsdatum veroffenllicht worden 1st und mil der
Anmeldung nlchi kollidlert, sondern nur zum Verslandnls des der
Erfindung zugrundellegenden Prinzlps oder der Ihr zugrundenegenden
Theorie angegeben 1st

'X* VerSffentllchung von besonderer Bedeutung; die beanspruchle Erfindung
kann alleln aufgrund dleser Ver6ffentllchung nlcht als neu oder auf
erfinderischer Tatlgkelt beruhend betrachtet werden

■Y" Veroffentllchung von besonderer Bedeutung; die beanspruchle Erfindung
kann nlcht als auf erfinderischer Tatlgkelt beruhend betrachtet
werden, wenn die Veroffentlichung ml! einer oder mehreren anderen
Veroffentlichungen dleser Kaiegorie in Verblndung gebrach! wird und
diese Verblndung fur elnen Fachmann nahellegend 1st

•&' VerfiffentBchung, die MBglled derselben Patentfamine 1st

Datum des Abschlusses der tntemationalen Recherche

7. Marz 2002

Absendedatumdes intemationaten Recherchenberichls

14/03/2002

Name und Postanschrift der Internallonalen RecherchenbehSrde
Europalsches Patentamt, P.B. 5818 Palenllaan 2
NL-2280HVRijswijk
Tel. (+31-70) 340-2040, Tx. 31 651 epo nl,
Fax: (+31-70) 340-3016

BevoDmachtigter Bediensteter

Luethe, H

Foimbbtt PCT/15W210 (Btatl 2) (JuO 1892)

INTERNATIONALER RECHERCHENBERICHT

Angaben zu Verdffentllchungen, die zur selben Paientfamllle geh8ren

Intc aJesAWenzeichan

PCT/EP 01/12073

)m Recherchenberlcht
angefuhrtes Patentdokument

Datum der
Verfiffentlichung

Mitglled(er) der
Patentfamilie

Datum der
Verdffentllchung

US 5658444 A 19-08-1997 AU 6685694 A 12-12-1994

CA 2162045 Al 24-11-1994

DE 69411732 Dl 20-08-1998

DE 69411732 T2 25-02-1999

EP 0698206 Al 28-02-1996

WO 9427140 Al 24-11-1994

US 5607566 A 04-03-1997

1 If*

us

5102526

A

07-04-1992

AU

£701 oft

678138

B2

OA nc iAft7

zz-ob-iyy/

AU

2482592

A

16-03-1993

CA

2115919

Al

04-03-1993

EP

0599975

Al

08-06-1994

OP

7502807

T

23-03-1995

WO

9304359

Al

04-03-1993

US

5417835

A

23-05-1995

AU

645724

B2

20-01-1994

AU

■ 7791391

A

27-11-1991

CA

2081915

Al

03-11-1991

EP

0527188

Al

17-02-1993

WO

9117430

Al

14-11-1991

AU

671253

B2

22-08-1996

AU

8081191

A

27-11-1991

EP

0527210

Al

17-02-1993

WO

9117432

Al

14-11-1991

US 4425263 A 10-01-1984 CA

1190735 Al

23-07-1985

DE

3261688 Dl

07-02.-1985

DK

248682 A

04-12-1982

EP

0068168 Al

05-01-1983

GR

76440 Al

10-08-1982

IE

53207 Bl

31-08-1988

JP

1303901 C

28-02-1986

JP

58001745 A

07-01-1983

JP

60025055 B

15-06-1985

Formbtatt PCT/1SA/210 {Anhang Patentfamilie)(Jul[ 1992)